一种区域纯氧分级燃烧低NOx燃烧器的制作方法

一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器
技术领域
1.本实用新型是一种石油化工加热炉燃烧器设备，符合区域富氧燃烧、底烧式、燃料气分级、蓝色圆形火焰，燃料为燃气，具有火场区域局部纯氧助燃和局部普通助燃空气、燃料气分多级的低nox燃烧器技术及装置，实现低nox排放、减少烟气排放量、提高加热炉热效率的特点。


背景技术：

2.目前，石油化工加热炉燃烧器大多采用空气作为助燃剂，并针对国家和地方的环保要求，在燃烧器上采用低nox技术，以降低污染物排放。由于普遍采用了燃料分级、空气分级、烟气回流燃烧、旋流均化温度、浓淡燃烧等一系列的技术手段，究其本质实际是控制火焰温度，避开高温型nox生成区间，因此，能实现低nox排放要求。但是，火焰温度降低、火焰拉长，实际热辐射效率和燃不尽的现象也偶有发生，导致加热炉热效率略有降低，特别对于炉膛温度较低的加热炉，热效率降低的问题更为严重。当加热炉热效率下降时，产品的能耗随之升高，同样的产出则意味着要消耗更多的燃料气，即烟气排放量会增高一些。
3.在有些氧气过剩具备条件的厂家，采用纯氧或富氧燃烧技术，可以达到节能减排的效果。但是，纯氧燃烧火焰温度非常高，对于燃烧器设备要求较高，烧嘴材质采用较高合金含量的耐热不锈钢，成本较高，寿命也较短；而采用提高助燃空气氧浓度的燃烧方式，即将助燃空气的氧浓度从～20.9％提高至25～35％，再送入燃烧器助燃。氧浓度提高后，燃烧速度增快，火场温度高，热力型nox生成较多，往往难以达到环保要求。
4.随着制氧技术的发展与成熟，制氧的成本降低，许多石油化工企业也在富氧燃烧技术上进行不断尝试，但是，市场上可提供的富氧燃烧器严重缺乏，且不完全能实现低nox燃烧。
5.为此，我们提出来一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器以解决上述问题。


技术实现要素：

6.因此，针对上述的问题，本实用新型提供一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器，以解决上述技术问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器，包括纯氧喷枪、中心气枪、旋流稳焰罩、夹层火道砖、外部燃气枪、内部燃气枪、长明灯、筒体、调风门、纯氧环形汽包、金属软管、球阀和燃气环形汽包；
8.筒体底部端板上设置有多个圆孔，并在圆孔内部焊接有套管，中心气枪、外部燃气枪、内部燃气枪、长明灯头部穿过对应圆孔和套管，并通过法兰与筒体底部端板安装固定；
9.筒体的侧壁开设有供助燃空气进入的方管，并在方管内部设置有调风门；
10.夹层火道砖安装于筒体顶部，由筒体顶部的环板支撑，并处于炉膛内部；夹层火道砖底部端板上开设有多个均布的圆孔。
11.优选的，夹层火道砖将燃烧器火焰区域分为纯氧燃烧空间、常规空气助燃空间、砖
外部贫氧燃烧空间。
12.优选的，夹层火道砖为中空环形结构，其最外层带内锥口的圆筒与最内层圆筒的底部连接后形成夹层空间，为纯氧燃烧空间，夹层空间底部开设有供纯氧喷枪和内部燃气枪枪头穿过的圆孔。
13.优选的，旋流稳焰罩包括长套管和焊接在其上的旋流片，其长套管穿过并焊接固定在筒体的底部端板中心。
14.优选的，中心气枪头部穿过筒体的底部及旋流稳焰罩的长套管内部，到达旋流器上部，中心气枪尾部安装有球阀，并在球阀处装配有接头，再通过金属软管与燃气环形汽包连接。
15.优选的，纯氧喷枪头部穿过筒体的底部及夹层火道砖底部预留对应的圆孔，且纯氧喷枪枪头置于夹层的纯氧燃烧空间，纯氧喷枪的每个枪头沿圆周均布在纯氧燃烧空间的夹层内，纯氧喷枪通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体底部端板上，纯氧喷枪尾部通过接头、金属软管与纯氧环形汽包连通。
16.优选的，内部燃气枪头部穿过筒体的底部及夹层火道砖底部预留对应的圆孔，且内部燃气枪的枪头到达夹层的纯氧燃烧空间，内部燃气枪通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体底部端板上，内部燃气枪的每个枪头沿圆周均布在纯氧燃烧空间的夹层内，其与纯氧喷枪分布在同一个节圆上，并与之相互交错均布，内部燃气枪尾部通过接头、金属软管与燃气环形汽包连通。
17.优选的，外部燃气枪设置有两个以上，并沿夹层火道砖最外侧圆周均布，外部燃气枪的枪头及枪管穿过筒体的底部端板及侧壁内部的保温层，并通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体底部端板上，外部燃气枪的枪管下部焊接在燃气环形汽包上。
18.优选的，长明灯穿过筒体底部端板上相应的圆孔，头部深入筒体内部置于夹层火道砖中心的旋流稳焰罩，并通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体底部端板上，长明灯尾部为螺纹接头，通过金属软管或硬管与外部燃气管线连接。
19.通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型实现区域纯氧分级燃烧低nox燃烧，在夹层火道砖的中心通道内设置中心燃气枪，并与通道内的助燃空气混合，形成一级常规燃烧，由于燃气量分配量小，且可调整，因此，一级燃烧属于燃料过淡，燃烧火焰温度低，能有效抑制nox的生成；在火道砖的夹套内，分布有多个纯氧喷嘴和多个燃料气喷嘴，夹层内形成纯氧助燃方式的二级燃烧，由于没有n2气的，虽然火焰温度较高，但是形成nox的机会较少，并且纯氧的量相较于燃料气的理论配比要大很多，因此，二级燃烧的火焰温度也可以进行控制；夹层火道砖外部设置对个燃料气喷嘴，将第三级燃料气分级，并沿火道砖外壁分不同角度喷送至火焰区域，火道砖外均是炉膛回流来的高温烟气，第三级燃料气引射大量的烟气带入火焰区域，与第一级、第二级燃烧后的含氧烟气进行混合燃烧，由于回流的烟气与燃料气混合，一是冲淡燃料浓度，使燃烧放缓，控制燃烧火焰温度，二是回流烟气在火焰区域仅物理吸热，降低火焰温度，很好的抑制nox的生成量。
21.本实用新型采用区域纯氧燃烧的方式，可以用一种灵活的方式加入纯氧，以得到多种浓度不同的富氧助燃燃烧方案，再配合燃料的多种分级方案，实现火焰各区域燃料与助燃剂不同浓度比例的燃烧，有利于抑制nox产生，减少烟气量，达到节能环保的目的。
附图说明
22.图1是本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器的燃烧器主视图；
23.图2是本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器的燃烧器俯视图；
24.图3是本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器的燃烧器仰视图；
25.图4是本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器的夹层火盆砖剖视图；
26.图5是本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器的夹层火盆砖俯视图。
27.图中标号：纯氧喷枪-1、中心气枪-2、旋流稳焰罩-3、夹层火道砖-4、外部燃气枪-5、内部燃气枪-6、长明灯-7、筒体-8、调风门-9、纯氧环形汽包-10、金属软管-11、球阀-12、燃气环形汽包-13。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
29.请参阅图1至图5，本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器，包括纯氧喷枪1、中心气枪2、旋流稳焰罩3、夹层火道砖4、外部燃气枪5、内部燃气枪6、长明灯7、筒体8、调风门9、纯氧环形汽包10、金属软管11、球阀12、燃气环形汽包13；
30.在本实施例中，筒体8为中空杯状结构，作为其它部件安装的载体，其自身通过同外部的钢板法兰与加热炉炉底板安装固定，上部深入炉底板；
31.其中，筒体8外壁由钢板制作，为防止运行时火焰或预热空气的热量传导到外壁，其内部设置有保温层；在筒体8底部端板上设置有很多圆孔，对应的圆孔内部焊接有套管，分别为中心气枪2、外部燃气枪5、内部燃气枪6、长明灯7的安装位置，这些部件头部穿过对应圆孔和套管，并通过法兰与筒体8底部端板安装固定；
32.另外，在筒体8底部端板上还焊接有看火孔、点火孔、火检安装孔等；筒体的侧壁开设有供助燃空气进入的方管，方管由钢板焊接制作，内部有保温层，方管入口处有钢板法兰，用于与外部风道连接；方管内部设置有调风门9，通过旋动外部手柄控制阀板开度，从而控制助燃风量。
33.在本实施例中，夹层火道砖4安装在筒体8的顶部，由筒体8的顶部的环板支撑，并处于炉膛内部；
34.其中，夹层火道砖4为中空环形结构，为耐火材料预制，其结构为：最外层为具有一定厚度的圆筒，其外部表面为圆柱面，内部的上端为锥口，下端为直筒形；内层为具有一定厚度的圆筒，其底部与最外层圆筒底部通过具有一定厚度端环板连接成整体；内层与外层之间形成环形空间，为纯氧燃烧空间。
35.在夹层火道砖4底部端板上开设有多个均布的圆孔，纯氧喷枪1及内部燃气枪6的枪头部自下而上穿过夹层火道砖4底部端板上对应的圆孔；
36.具体的，在运行时，纯氧喷枪1送来的纯氧和内部燃气枪6送来的燃料气在夹层火道砖4的夹层中混合燃烧，纯氧混合燃烧火焰稳定，燃烧火焰温度相对较高，使得在夹层火
道砖4砖口形成环形高温稳燃区域，利于后续的第三级燃烧；
37.需要说明的是，本实施例中夹层火道砖4可以根据耐火材料制造工艺与安装的需要进行分割预制，预制成的组件现场拼装，不论采用何种方式进行分割预制，最终形成本图例所示的结构方案，均应落入本专利的保护范围。
38.在本实施例中，旋流稳焰罩3包含长套管和焊接在其上的旋流片，长套管穿过并焊接固定在筒体8的底部端板中心位置；旋流稳焰罩3长套管内部为中心气枪2安装位置；旋流稳焰罩3的作用是使通过夹层火道砖4中心的助燃风产生旋流，使得旋流罩上部形成低压涡流旋流区域，增强中心燃气枪2喷射出的燃气与助燃风的混合，利于燃烧并稳定住火焰。
39.在本实施例中，中心气枪2由枪头、枪管等组成，其枪头部为耐高温的金属材料制成，头部开设有很多喷孔；中心气枪2头部穿过筒体8的底部及旋流稳焰罩3的长套管，到达旋流器上部，中心气枪2则通过钢板法兰固定在筒体8的底部端板上；其中，在中心气枪2尾部安装有球阀12，球阀处装配有接头，再通过金属软管11与燃气环形汽包13连接；球阀12用于调节从燃气环形汽包13输送来的燃料气量。
40.如图2所示，在本实施例中，纯氧喷枪1为4支，由枪头、枪管等组成，枪头部为耐高温的金属材料制成，其头部开设有很多喷孔；纯氧喷枪1头部穿过筒体8的底部及夹层火道砖4底部预留对应的圆孔，枪头到达夹层的纯氧燃烧空间，多个枪头沿圆周均布在纯氧燃烧空间的夹层内，纯氧喷枪1通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体8底部端板上；
41.其中，纯氧喷枪1尾部通过接头、金属软管11与纯氧环形汽包10连通；从纯氧环形汽包10输送来的纯氧，通过多个枪头上的喷孔，被均匀的喷射在纯氧燃烧空间的夹层内，并在其中与内部燃气枪6喷射来的燃料气混合后燃烧，形成第二级的纯氧燃烧火焰。
42.如图2所示，在本实施例中，内部燃气枪6为4支，由枪头、枪管等组成，枪头部为耐高温的金属材料制成，其头部开设有很多喷孔；内部燃气枪6头部穿过筒体8的底部及夹层火道砖4底部预留对应的圆孔，枪头到达夹层的纯氧燃烧空间，内部燃气枪6通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体8底部端板上；
43.内部燃气枪6的多个枪头沿圆周均布在纯氧燃烧空间的夹层内，其与纯氧喷枪1分布在同一个节圆上，并与之相互交错均布，以利于燃料气与纯氧更均匀的混合；内部燃气枪6尾部通过接头、金属软管11与燃气环形汽包13连通；从燃气环形汽包13输送来的燃料气，通过多个枪头上的喷孔，被均匀的喷射在纯氧燃烧空间的夹层内，并在其中与纯氧喷枪1喷射来的纯氧混合后燃烧，形成第二级的纯氧燃烧火焰。
44.如图2所示，在本实施例中，外部燃气枪5为8支，沿夹层火道砖4最外侧圆周均布，由枪头和枪管组成，枪头及枪管穿过筒体8的底部端板及侧壁内部的保温层，并通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体8底部端板上。枪管下部焊接在燃气环形汽包13上，燃料气从燃气环形汽包13送至外部燃气枪5枪头部，从喷孔喷射的燃料气引射一部分炉膛内烟气，并沿夹层火道砖4外壁被送至上方火焰区域，与中心区域的含氧第一级和第二级燃烧后烟气混合，完成第三级燃烧。
45.在本实施例中，调风门9含手柄、限位卡爪、叶片及转轴等部件，安装在筒体8侧壁供助燃空气进入的方管内，旋动手柄，调整叶片开度，可以调节助燃空气量。
46.需要说明的是，本实施例中长明灯7为一般燃烧器通用部件，其作用是在燃烧器运行时始终提供一个小火火种，确保在加热炉的燃烧器异常情况熄灭时，炉膛内保持有明火，
不至于发生闪爆的安全事故；
47.在长明灯7穿过筒体8底部端板上相应的圆孔，头部深入筒体8内部，到达夹层火道砖4中心的旋流稳焰罩3附近，并通过焊接在枪管上的法兰安装固定在筒体8底部端板上。长明灯7尾部为螺纹接头，通过金属软管或硬管与外部燃气管线连接。
48.本实用新型提供的一种区域纯氧分级燃烧低nox燃烧器，通过设置夹层的火道砖，将火焰区域分割成几个部分，在不同的区域设置不一样的燃烧模式，中心区域设置成常规空气助燃方式，夹层采用纯氧燃烧方式，火道砖外采用贫氧燃烧模式，通过控制夹层纯氧供给量及与之匹配调控空气量，可以实现燃烧器总体燃烧助燃剂的氧浓度处于常规20.9％～富氧35％，甚至完全采用100％纯氧助燃。常规燃烧方式采用空气助燃，其中含有约78％的氮气，烟气量较大，排烟损失了大量的热，而富氧燃烧提高助燃风的总体氧含量，减少氮气占比，可以减少烟气的量及排烟热损失，从而提高加热炉热效率，减少燃料消耗。
49.在分区域的多种燃烧方式运行中，通过控制氧气量、燃料气分级比例等，可以在各分区区域实现浓淡燃烧，从而达到既能稳定火焰燃烧，又能灵活的控制火焰区域的温度，使燃烧最大可能避开热力型nox产生的温度区间，实现低nox燃烧，减少污染物的排放浓度。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
52.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。